楊梅素-3-O-β-D-乳糖的合成方法優(yōu)化

李冬洋, 姜磊磊, 代興隆, 萬升標(biāo)*

(1. 中國海洋大學(xué) 醫(yī)藥學(xué)院 海洋藥物教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266003;2. 青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266237)

楊梅素(3,5,7,3′,4′,5′-六羥基黃酮醇,MYR)是一種天然的多酚類黃酮化合物(圖1),可以從楊梅樹的樹皮中分離得到[1],廣泛分布于楊梅科、豆科、薔薇科和菊科等多種科屬植物中,常見于水果、蔬菜、茶和蜂蜜等日常食物中[2]。藥理學(xué)研究表明,MYR不僅可以抗氧化[5]、抗炎[6]和抗感染[7],還具備抗病毒[8]和抗癌[10]等多種生物活性,此外還具有降血糖[12]、保護(hù)心血管[13]和神經(jīng)損傷[14]等作用。

圖1 楊梅素的結(jié)構(gòu)Figure 1 Structural of myricetin

根據(jù)楊梅素的藥理研究成果可以推斷其具有良好的研究前景,并且一些歐洲國家已經(jīng)開發(fā)并銷售了含有MYR的保健品[15]。但是楊梅素仍然存在水溶性和穩(wěn)定性較差的問題,因此促使科學(xué)家們對(duì)MYR的研究進(jìn)行改進(jìn)[16]。近年有研究報(bào)道[17],楊梅苷-3-O-β-D-乳糖的鈉鹽形式具有良好的水溶性(>100 mg/kg),并且在大鼠血漿和肝微粒體中表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性,在體內(nèi)研究中,其對(duì)硫酸葡聚糖鈉鹽(DSS)誘導(dǎo)的潰瘍性結(jié)腸炎小鼠模型的療效高于楊梅素和美沙拉嗪,在小鼠體內(nèi)也具有較高的安全性(LD50>5 g/kg)。當(dāng)前報(bào)道對(duì)于楊梅苷-3-O-β-D-乳糖的合成路線雖然較為成熟,但其路線所獲得的產(chǎn)率仍然不夠理想。

本文對(duì)楊梅苷-3-O-β-D-乳糖的合成路線[17]進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)中間體M1的產(chǎn)率較低,且副產(chǎn)物不易除去,因此開發(fā)了一條高效的合成路線。首先以楊梅苷為起始原料,對(duì)楊梅苷的5位、7位、3′位、4′位和5′位酚羥基進(jìn)行保護(hù),形成五芐基保護(hù)的楊梅苷。然后脫除3位鼠李糖,再與乙?；Ｗo(hù)的乳糖溴苷反應(yīng),最后通過依次脫去乙酰基和芐基得到目標(biāo)化合物。經(jīng)過路徑優(yōu)化,最終以更高效的方法合成了楊梅素-3-O-β-D-乳糖,并合成了一系列楊梅素衍生物(圖2),為臨床開發(fā)新藥物提供支持。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Agilent DD2 500 MHz型核磁共振波譜儀(安捷倫科技有限公司);1290 Infinity型高效液相色譜儀(安捷倫科技有限公司);Waters Xevo G2-XS QTOF型質(zhì)譜儀(英國Micromass公司);GF254型硅膠板(德國Merck公司)。

碳酸銫(上海麥克林生化科技有限公司);四丁基溴化銨(上海皓鴻生物醫(yī)藥科技有限公司);鈀碳(上海皓鴻生物醫(yī)藥科技有限公司);溴化芐(上海阿拉丁生物科技有限公司);甲醇鈉(薩恩化學(xué)技術(shù)(上海)有限公司)。其余試劑均為國產(chǎn)分析純?cè)噭?/p>

1.2 合成

(1) 3′,4′,5′,5,7-五芐基楊梅素(2)的合成

將楊梅苷(20.0 g, 43.1 mmol)、碳酸銫(82.4 g, 129.2 mmol)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF, 500 mL)置于1 L的雙口燒瓶中,室溫下攪拌1 h,然后向反應(yīng)體系中加入溴化芐(44.2 g, 258.6 mmol)。在氬氣氛圍下,室溫反應(yīng)10 h,再將反應(yīng)混合物用乙酸乙酯(200 mL)稀釋,過濾后得濾液,并用乙酸乙酯(2×50 mL)洗滌。然后用水(3×1000 mL)洗滌濾液,有機(jī)相經(jīng)無水硫酸鈉干燥,真空濃縮得到棕褐色油狀液體。再將其置于四氫呋喃(THF, 150 mL)和3 mol/L鹽酸(150 mL)的混合液中,加熱至80 ℃回流反應(yīng)12 h,反應(yīng)完全后,冷卻至室溫,靜置待固體析出,經(jīng)過濾,乙酸乙酯重結(jié)晶得到白色固體226.8 g,收率81%; m.p.172～174 ℃;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 9.34(s, 1H), 7.65～7.25(m, 27H), 6.96(s, 1H), 6.70(s, 1H), 5.24(s, 4H), 5.16(s, 4H), 5.01(s, 2H);13C NMR(100 MHz, DMSO-d6)δ: 171.5, 163.2, 159.1, 158.4, 152.6, 141.2, 139.0, 138.0, 137.6, 136.9, 136.1, 135.5, 128.6, 128.5, 128.4, 128.3, 128.1, 127.8, 127.6, 127.5, 126.4, 126.2, 107.1, 106.4, 97.3, 93.4, 75.1, 71.2, 70.4; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C50H40O8{[M+H]+}769.2796, found 769.2799。

(2) 3′,4′,5′,5,7-五芐基楊梅素-3-O-β-D-乙酰乳糖(3)的合成

將化合物2(26.0 g, 33.8 mmol)溶于1,2二氯乙烷(500 mL)中,再分別加入乙?；樘卿遘?797.7 g, 67.6 mmol)、四丁基溴化銨(21.8 g, 67.6 mmol)和0.25 mol/L碳酸鉀溶液(272 mL)。加熱至45 ℃,反應(yīng)12 h,將反應(yīng)混合物用水(400 mL)稀釋,二氯甲烷(3×300 mL)萃取,有機(jī)相經(jīng)無水硫酸鈉干燥,減壓濃縮,通過硅膠柱層析(洗脫劑:石油醚 ∶二氯甲烷 ∶乙酸乙酯=2 ∶1 ∶1,V∶V∶V)純化殘余物,得到白色固體326.0 g,收率56%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 7.60(d,J=7.2 Hz, 2H), 7.53～7.45(m, 8H), 7.37(ddt,J=21.5 Hz, 14.4 Hz, 7.1 Hz, 15H), 7.26(d,J=4.9 Hz, 2H), 6.91(d,J=2.1 Hz, 2H), 6.72(d,J=2.1 Hz, 1H), 5.66(d,J=8.0 Hz, 1H), 5.29(d,J=9.3 Hz, 1H), 5.25(d,J=3.4 Hz, 1H), 5.25～5.15(m, 8H), 5.12(dd,J=10.3 Hz, 3.6 Hz, 1H), 5.03(s, 2H), 4.97(dd,J=9.6 Hz, 8.1 Hz, 1H), 4.81～4.73(m, 1H), 4.68(d,J=8.0 Hz, 1H), 4.18(t,J=6.8 Hz, 1H), 4.07(d,J=10.5 Hz, 1H), 4.01～3.92(m, 1H), 3.86(dt,J=12.1 Hz, 6.0 Hz, 2H), 3.81～3.75(m, 1H), 3.65(t,J=9.4 Hz, 1H), 2.05(s, 3H), 2.04(s, 3H), 1.96(s, 3H), 1.89(s, 6H), 1.84(s, 3H), 1.67(s, 3H);13C NMR(100 MHz, DMSO-d6)δ: 177.5, 170.3, 170.2, 170.1(2C), 169.9, 169.5, 168.9, 164.7, 162.0, 157.2, 156.6, 152.4(4C), 140.8, 137.6, 137.0(2C), 135.6, 134.0, 128.8(4C), 128.6(4C), 128.4(2C), 128.2(2C), 128.0(4C), 127.9(2C), 127.5(4C), 127.4(2C), 125.4, 109.0(2C), 106.0, 101.0, 98.9, 98.7, 93.2, 76.0, 75.2, 72.8, 72.6, 72.0, 71.3(2C), 71.0, 70.7, 70.5(2C), 69.0, 66.6, 61.0, 60.8, 20.8, 20.8, 20.6, 20.6, 20.6, 20.5, 20.4; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C76H74O25{[M+H]+}1387.4592, found 1387.4596。

(3) 3′,4′,5′,5,7-五芐基楊梅素-3-O-β-D-乳糖(4)的合成

將化合物3(25.0 g, 18.0 mmol)置于300 mL的甲醇溶液中,在室溫?cái)嚢柘戮徛稳? mol/L甲醇鈉的甲醇溶液(14.5 mL),反應(yīng)體系由不溶變?yōu)槌吻?最后變?yōu)闇啙?反應(yīng)4 h后,加入THF(300 mL),溶液變澄清,再加入陽離子交換樹脂調(diào)節(jié)pH至酸性,繼續(xù)攪拌15 min,再過濾,濃縮濾液得到淡黃色固體419.0 g,收率99%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 7.62(s, 2H), 7.57(d,J=7.3 Hz, 2H), 7.52～7.45(m, 7H), 7.42～7.25(m, 16H), 6.89(d,J=2.1 Hz, 1H), 6.73(d,J=2.1 Hz, 1H), 5.65～5.57(m, 2H), 5.28～5.19(m, 7H), 5.13(d,J=11.8 Hz, 2H), 5.08(d,J=4.8 Hz, 1H), 5.03(d,J=4.0 Hz, 2H), 4.77(d,J=5.1 Hz, 1H), 4.71(d,J=1.2 Hz, 1H), 4.65(t,J=5.0 Hz, 1H), 4.59(t,J=5.2 Hz, 1H), 4.50(d,J=4.6 Hz, 1H), 4.09(d,J=7.6 Hz, 1H), 3.61(s, 4H);13C NMR(100 MHz, DMSO-d6)δ: 178.06, 164.78, 161.46, 156.75, 156.43, 152.37(4C), 139.92, 137.89, 137.24(4C), 136.49, 134.44, 130.10, 129.01(4C), 128.92(4C), 128.63(2C), 128.57(2C), 128.42, 128.38, 128.28(4C), 128.04(4C), 125.67, 109.99, 108.89, 105.73, 104.44, 100.91, 99.10, 93.98(2C), 80.66, 75.90, 75.64, 74.97, 74.86(2C), 74.59, 73.75, 71.01(2C), 70.97, 70.55, 68.42, 60.58, 59.99; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C62H60O18{[M+H]+}1093.3853, found 1093.3856。

(4) 楊梅素-3-O-β-D-乳糖(5)的合成

將化合物4(18.8 g, 17.25 mmol)溶于混合溶液(甲醇 ∶四氫呋喃=1 ∶1,V∶V, 300 mL)中,加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%鈀碳(1.5 g),氫氣氛圍下室溫?cái)嚢?4 h,過濾,濃縮濾液得到淡黃色固體511.0 g,收率99%;1H NMR(400 MHz, DMSO-d6)δ: 7.14(s, 2H), 6.34(d,J=2.0 Hz, 1H), 6.16(d,J=2.0 Hz, 1H), 5.47(d,J=7.2 Hz, 1H), 5.32(s, 1H), 5.10(s, 1H), 4.77(s, 1H), 4.74(s, 1H), 4.68(s, 1H), 4.52(s, 1H), 4.36～4.28(m, 1H), 4.21～4.11(m, 1H), 3.64(d,J=10.6 Hz, 1H), 3.57(s, 2H), 3.50(s, 2H);13C NMR(100 MHz, DMSO-d6)δ: 176.0, 161.2, 157.3, 156.0, 156.0, 146.2(2C), 132.6, 130.1, 108.1(2C), 102.7, 101.6, 100.9, 99.1(2C), 95.3, 77.2, 75.9, 74.4, 71.0, 70.4, 69.8(2C), 68.8, 66.8, 61.6; HR-MS(ESI)m/z: calcd for C27H30O18{[M+H]+}643.1505, found 643.1509。

當(dāng)前已有文獻(xiàn)報(bào)道了楊梅素-3-O-β-D-乳糖的合成路線[17],雖然其合成路線已經(jīng)比較成熟,但其仍存在一些可待改進(jìn)之處,該路線合成過程中第1步反應(yīng)會(huì)發(fā)生較多副反應(yīng),由此產(chǎn)生的副產(chǎn)物導(dǎo)致該路線的產(chǎn)率較低,使反應(yīng)過程中分離純化難度增加。本文改變了原合成路線的第1步反應(yīng)條件,開發(fā)了一條更高效且操作難度低的合成路線。如圖2所示,原合成路線中,以楊梅苷為起始原料,用碳酸鉀作縛酸劑,得到的中間體7,3′,4′,5′-四芐基楊梅素的產(chǎn)率僅為46%,且產(chǎn)生三芐基保護(hù)的楊梅苷副產(chǎn)物,需要通過柱層析進(jìn)一步純化。而優(yōu)化后的合成路線第1步以碳酸銫作縛酸劑,對(duì)楊梅苷的5位、7位、3′位、4′位和5′位酚羥基進(jìn)行芐基保護(hù),形成五芐基保護(hù)的楊梅苷,且沒有三芐基保護(hù)的楊梅苷副產(chǎn)物的產(chǎn)生,無需進(jìn)一步純化。然后用鹽酸溶液脫除3位鼠李糖,重結(jié)晶后得到重要中間體5,7,3′,4′,5′-五芐基楊梅素2,且2步的產(chǎn)率高達(dá)81%?；衔?與乙酰基保護(hù)的乳糖溴苷在相轉(zhuǎn)移催化下發(fā)生糖苷化反應(yīng)得到化合物3,再通過甲醇鈉脫去乙?；玫交衔?。最后在氫氣作用下,鈀碳催化氫化脫去芐基得到目標(biāo)化合物5。原合成路線合成了3個(gè)楊梅素衍生物中間體M1、M8和M9,而優(yōu)化路線得到了3個(gè)與原路線不同的中間體2、3和4,且化合物3和化合物4未有文獻(xiàn)報(bào)道。

本文報(bào)道的路線與文獻(xiàn)報(bào)道的合成路線相比較主要有2個(gè)創(chuàng)新點(diǎn):(1)用五芐基保護(hù)的楊梅素作為中間體2合成楊梅素衍生物,使反應(yīng)的副產(chǎn)物很大程度上減少,不用柱層析,直接重結(jié)晶得到,后處理簡單。而原合成路線的總收率僅為24.7%,經(jīng)優(yōu)化后的路線總收率可達(dá)44.5%,且合成了2個(gè)未見文獻(xiàn)報(bào)道的楊梅素衍生物中間體3和中間體4; (2)實(shí)現(xiàn)該合成路線在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行20 g放大反應(yīng),可一次性得到10 g級(jí)終產(chǎn)物5。

本文主要改變楊梅素-3-O-β-D-乳糖合成路線中第1步的反應(yīng)條件,將縛酸劑由碳酸鉀改用碳酸銫,優(yōu)化了至關(guān)重要的第1步。由原來的四芐基保護(hù)的楊梅苷M1改用五芐基保護(hù)的楊梅苷化合物2,減少了三芐基保護(hù)的楊梅苷副產(chǎn)物的產(chǎn)生,該步產(chǎn)率從46%提高至81%,整條路線的總收率從24.7%提高至44.5%。最終優(yōu)化路線經(jīng)4步以44.5%總收率完成了對(duì)楊梅素-3-O-β-D-乳糖的合成。合成的4個(gè)楊梅素衍生物中,化合物3和化合物4為新型化合物。與原合成路線相比,優(yōu)化后的路線具有收率高、操作簡單等優(yōu)點(diǎn),同時(shí)該合成路線為楊梅素衍生物的合成和進(jìn)一步的藥理作用研究提供了新的思路和方法。